信號抖動的種類與測量

信號完整性分析基礎(chǔ)系列之五——抖動的分類

胡為東 美國力科公司上海代表處

2009年6月

【摘要】
本文簡要介紹了信號抖動在不同情況下的分類，如時鐘信號的抖動分類，數(shù)據(jù)信號的抖動分類以及這兩類抖動之間的聯(lián)系，指出了實際抖動測試過程中的注意事項，對抖動分析測試有一定的參考意義。

【關(guān)鍵詞】
峰峰值抖動 相位抖動 周期抖動固有抖動隨機抖動

一、峰峰值抖動、均方根抖動

過去多年來用于量化抖動的最常用的方法是峰峰值抖動（Peak-to-peak Jitter）和均方根抖動（Root-Mean-Square Jitter,抖動直方圖或者抖動分布的1 或者RMS值）。但是由于隨機抖動以及非固定抖動的存在，使得抖動的峰峰值隨著觀察樣本數(shù)量的增加而增加，因此說峰峰值抖動參數(shù)用于衡量固有抖動會很有效，但是衡量隨機性抖動卻會出現(xiàn)很大誤差；相同的道理，由于固有抖動及非高斯性抖動和噪聲的存在，使得抖動的直方圖或者分布圖不呈現(xiàn)完全的高斯分布，因此統(tǒng)計得到的抖動的1σ或者RMS值不等于真實高斯分布的1 值。

峰峰值抖動和均方根抖動均是對某一類抖動的統(tǒng)計分析指標(biāo)。

二、相位抖動、周期抖動、相鄰周期間抖動

由于時鐘系統(tǒng)是數(shù)字電路系統(tǒng)非常關(guān)鍵的一部分，直接決定了數(shù)據(jù)信號發(fā)送和接收的成敗，是整個系統(tǒng)的主動脈，因此時鐘的抖動一直備受關(guān)注。描述時鐘系統(tǒng)的抖動參量一般分為三類，即相位抖動（Phase jitter）、周期抖動(Period jitter)、相鄰周期間抖動(Cycle to cycle jitter).

1、相位抖動
在數(shù)字系統(tǒng)中，兩個邏輯電平之間的切換通常伴隨著快沿的出現(xiàn)，這些邊沿在時序上的不穩(wěn)定性就叫做相位抖動（phase jitter,有時也叫累積抖動，accumulated jitter，指實際邊沿位置與理想邊沿位置的偏差，以時間為單位，也可以換算成弧度，角度等）；相位抖動是相位噪聲在數(shù)字域的等效體現(xiàn)，它是離散量，因此只有當(dāng)邊沿存在時候才有定義。

理想邊沿位置一般定義在數(shù)字信號一個比特位時間間隔的整數(shù)倍位置處。如下圖1所示為某一

不會直接使用時鐘的邊沿來保證時序關(guān)系，而是看周期的穩(wěn)定性，也就是周期的抖動，有時候時鐘周期越長，可能帶來保持時間余量不足的問題，這個時候就需要測量周期抖動；而相鄰周期間抖動常?？梢杂脕砗饬繒r鐘分頻器的穩(wěn)定性。總之，這三種抖動都是衡量時鐘本身性能的指標(biāo)，在不同的應(yīng)用背景下需要關(guān)注不同的指標(biāo)，通常時鐘芯片的手冊會給出對時鐘的抖動指標(biāo)要求。